南京生产镁合金板镁合金板材

镁合金是实际应用中质量轻的金属结构材料，同时，镁合金具有比强度和比刚度高、弹性模量大、生物相容性好、导热导电性好、电磁屏蔽能力强和阻尼减震性能好等优点，被广泛应用于航空航天、交通运输、、装备制造和3C电子等领域，被誉为“二十一世纪具发展前景的绿色工程材料”。

镁合金板材虽然生产工艺比较复杂,但技术含量和附加值高,同时也是镁合金大量应用的重要方向和标志.目前,镁合金板材的生产主要有以下三种方法:铸锭热轧开坯法、挤压开坯轧制法和双辊铸轧法.挤压开坯法主要用于生产薄板,但板材的宽度受到限制.铸轧法是低成本镁合金板材生产工艺,但比铝铸轧难度要大得多,主要原因是分流困难,氧化夹杂难以控制,同时也存在合金元素偏析等问题,产品质量不如轧制法,且目前还处于探索阶段,不具备产业化规模生产的条件,要实现宽幅板材的铸轧生产更是难上加难.铸锭热轧开坯法尽管是传统的镁合金板材生产方法,但优点是生产的规格多,不仅可以生产镁合金厚板材,也可以进一步轧制成薄板材,并且可以生产宽幅板材,而宽幅板材是镁合金应用具战略意义的标志.但用该方法进行板材轧制的成品率低,生产成本高,价格因素成为限制该工艺生产镁板带材应用的瓶颈之一

镁合金板带材3种生产工艺流程及其特点:

(1) 双辊铸轧(或连铸连轧)生产工艺:熔炼→合金化→净化→分配器→铸轧→后续轧机温轧→剪切下料→矫直→精轧→精整→表面处理→成品包装.该工艺的优点是投资及生产成本低,生产工艺流程短,可低成本推广镁合金板带产品;缺点是镁合金板材成品宽度受到限制(一般在650 mm以下),产品组织性能不高、生产工艺不稳定、合金品种受限.适合于中小规模生产,产品适合中低端市场,以民用为主.

目前,利用该工艺生产的企业主要有山西闻喜银光、福州华镁、中铝洛铜等公司.在铸轧带坯后续生产方面,仍采用块式法温冷轧.

(2) 锭坯+挤压工艺+温轧生产工艺:该生产工艺的主要特点相比于热轧开坯来说,增加了挤压工艺过程,这有利于消除合金的各向异性、提高镁合金薄板带材的冲压性能.但因受设备与工艺的影响,其产品宽度受限(一般在600 mm以下),无法生产厚板材,生产成本较高且生产连续性不强,适合中小规模尤其是小规格镁合金薄板材的生产.

利用该工艺生产的企业主要有洛阳华凌镁业、山东华盛荣镁业等公司.

(3) 铸锭热轧开坯生产工艺:熔炼→铸造→铣面→均匀化→加热→热轧→剪切下料→加热→温轧→表面清洗→剪切下料→中间退火→精轧→成品退火→精整→表面处理→包装入库.该生产工艺的优点是能够生产出宽幅中厚板,组织性能较好,可以大规模连续化生产几乎所有品种的镁合金,产品覆盖高、中端市场;缺点是生产流程长、投资和生产成本相对高,较难实现低成本镁板材产品的推广应用,长规格铸锭由于轧制设备的限制无法实现换向轧制,镁合金板材尤其是薄规格冲压产品各向异性比较明显.

目前,镁合金板带材市场需求和规模化应用的发展趋势是宽幅化和低成本化.宽幅化是镁合金板材满足汽车、列车、客车、飞机等交通运输行业轻量化需要的基本条件,这有赖于宽幅板材生产技术与装备的进步.低成本化是镁合金板材可以与其他材料竞争的重要条件.

为降低生产成本,国内外都希望借鉴钢铁和铜、铝等金属板带的生产经验,采用大铸锭热轧开坯进行带式法生产的工艺路线,来提高成品率和生产效率,以降低镁合金板带材的生产成本.目前,在国家和行业政策引导下,在镁合金板带材研究及生产技术领域,“大铸锭热轧开坯”、“连续轧制”、“在线补热”、“炉卷状态轧制”、“卷式法生产”、“交叉轧制”、“搓轧工艺”、“连续铸轧”、“连铸连轧”、“温间轧制”、“高温冲压”、“低温大压下”等新技术和新工艺的研究不断深入,进而有力地推动了镁及镁合金板带的研发、试制和应用.但是,总体来说,目前大部分新技术和新工艺仍以实验室研究、试制为主,还没有进行产业化并实现大规模工业化生产与应用,尤其体现在镁合金板带卷式法生产方面.

目前在开发镁合金板带材热轧开坯并进行卷式法生产方面有代表性的企业为辽宁省营口银河镁铝合金有限公司.该企业的主要目标是制备幅宽超过1 500 mm的镁合金板材,并将相关产品应用在航空、汽车及蚀刻板等领域.其工艺路线采用半连续铸造扁锭+热轧开坯+温冷轧制,主要设备构成如下:镁合金熔炼铸造设备、热风循环铸锭加热炉、1 725 mm四辊可逆热轧机、1 650 mm六辊可逆温冷轧机、矫直精整及表面磨砂机列、热处理炉等.其热轧机原规划设计有左右卷取加热炉进行热温轧卷式法生产,但由于技术及工艺受限因素较多,实际生产线并未进行该项配置.其生产线通过将热轧机和温冷轧机串联,中间布置辊道在线加热炉,进而形成连轧模式.同时热轧机组配备有两组热风循环加热炉、两组中频感应式快速补热炉,温冷轧机组配备有中频感应式快速补热炉、机前加热炉等加热和补热设备.终实现了镁合金生产试验性或小批量的温冷轧终产品成卷技术.但由于镁合金金属变形特性、工艺技术、生产装备等诸多因素的限制或不成熟,公司在连续多道次卷式法往复轧制、后续带式法精整、板形及表面质量在线控制、工业化批量稳定生产等方面都还未形成技术的真正突破.公司生产的产品仍以块式法热轧中厚板为主

我国镁合金材料产业在稀土镁轻质结构合金材料、高强高导热镁合金材料、高强高导电镁合金材料、强镁合金材料等11个方面的未来市场需求前景。面向2030年和2035年的阶段性发展规划，本文从提高自主创新能力、优化资源配置、加强企业合作力度、构建完善的镁合金材料整体研究体系、完善平台建设等方面提出了促进我国镁合金材料产业可持续发展的相关战略。后，从注重研究体系的构建、优化产业发展格局、构建高质产业、完善配套政策体系、构建精尖人才体系等方面提出了对策建议，以期满足国民经济、国家重大工程和社会可持续发展对镁合金材料的需求。